EP1869620A1 - Method for processing image and volume data based on statistical models - Google Patents

Method for processing image and volume data based on statistical models

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EP1869620A1
EP1869620A1 EP06724278A EP06724278A EP1869620A1 EP 1869620 A1 EP1869620 A1 EP 1869620A1 EP 06724278 A EP06724278 A EP 06724278A EP 06724278 A EP06724278 A EP 06724278A EP 1869620 A1 EP1869620 A1 EP 1869620A1
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EP
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data
model
statistical model
measurement data
parameterized
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Andreas Schilling
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Eberhard Karls Universitaet Tuebingen
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Eberhard Karls Universitaet Tuebingen
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    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
    • G06T2207/10072Tomographic images

Definitions

  • voxel is made up of the terms "volumetry" and "pixels".
  • volumetry For a voxel spatial data set that is in discretized form in Cartesian coordinates, a voxel corresponds to an associated discrete value at an XYZ coordinate of the data set. A voxel thus forms a three-dimensional equivalent of a pixel.
  • the data contained in a voxel data set are scalar quantities, for example intensity values or color values, which are intended for visualization with the means of the volume graphic.
  • the object of the invention is to make available a method for visualizing and / or evaluating measurement data from imaging methods, which enables a powerful evaluation of the measured data and, in particular, the calculation of volume models from the measurement data of two-dimensional recordings.
  • the invention solves this problem by a method according to claim 1.
  • the method comprises the steps of: a) calculating a parameterized statistical model from exemplary voxel data sets which map different objects of an identical object class, b) performing at least one imaging method on an object of the object class to be examined for obtaining real measurement data, c Setting a set of model parameters of the parameterized statistical model, d) determining a deviation between the real measurement data and the parameterized statistical model, e) repeating steps c) and d) changing the model parameters until the deviation between the real measurement data and the parameterized statistical model is minimal; and f) visualizing and / or evaluating the statistical model parameterised in this way.
  • the steps a) to f) are preferably carried out in the order mentioned.
  • a parametric statistical model is calculated, model parameters for this model are determined so that data calculated from the model optimally match the measured data, and the model thus obtained is output for visualization or further processing.
  • the method according to the invention makes it possible to calculate volume models from two-dimensional images (for example X-ray images or individual recorded slice images) by calculating the most probable configuration which could have led to the recording with the aid of a statistical model generated from sample data sets.
  • Corresponding techniques have hitherto been used only in the field of modeling two-dimensional images [1] or three-dimensional surface models (Morphable Models [2]), but not for solid models.
  • a refinement of the method comprises the steps of: d) calculating virtual measurement data from the parameterized statistical model, and d1) determining the deviation between the real measurement data and the parameterized statistical model by determining a deviation between the real measurement data and the virtual measurement data.
  • Step c1) is preferably carried out after step c) and before step d
  • step d1) is preferably carried out after step d) and before step e).
  • the example voxel data sets are obtained from CT and / or MR voxel data.
  • the real measurement data are obtained on the basis of one or more X-ray images.
  • the real measured data are obtained from data which has not yet been backprojected, of one or more CT and / or MR recordings.
  • the real measured data is obtained from voxel data, for example from backprojected data of one or more CT and / or MR recordings.
  • a reference data record is calculated from the parameterized statistical model, the measured data are registered with the reference data record and those model parameters are calculated which represent the model which best matches the measured data.
  • the parameterized statistical model is obtained from a linear combination of example vectors, wherein a respective example vector is assigned to a respectively associated exemplary voxel data set and components of the respective example vector describe position and intensity of volume elements of the associated example voxel data set. The example vectors are determined based on the example voxel data sets. In order to determine or calculate the example vectors, a parameter reduction can be carried out in addition to a reparatization.
  • a vector space spanned by the example vectors is reparametrised.
  • the evaluation of the parameterized statistical model in step f) comprises a detection of anomalies in the real measured data.
  • the method according to the invention or specific substeps of the method can preferably be carried out on special hardware, for example on the basis of programmable logic modules.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device for generating parameterized statistical volume models
  • 2 shows a block diagram of a device for calculating a volume model from one or more simple X-ray images or other measurement data sets
  • 3 shows a block diagram of a device for analyzing the model parameters of a parameterized statistical volume model with orthogonal basis vectors from a measured complete data set.
  • first CT-voxel data sets are to be considered, whereby corresponding models can also be generated for MR tomography recordings.
  • the fact that the objects all belong to a common object class means that for each object point in a data record in every other data record a point can be identified that represents a corresponding object feature.
  • these correspondences are identified; Generally, this step is called registration of the models. This can be done manually by marking corresponding points in the example data sets and interpolating the intermediate point positions, but also by automatic methods, see e.g. [3] and [4].
  • a vector B j is calculated from each example data record, which fully describes the data record and is referred to below as an example vector.
  • the first of these example vectors B 1 may be generated by cascading the first of the example data sets for each voxel with x, y, and z positions and the voxel intensity as vector components, whereby the vector has a number of components corresponding to the vector Four times the voxel number.
  • the example vectors are formed by the fact that, for each voxel of the first example data record, the cor- responding voxels of the further example data set is determined, and whose x-, y-, and z-position and its voxel intensity as vector components are written one after the other.
  • Such generated vectors can now be combined linearly.
  • the linear combinations represent new volume data sets consisting of positions and intensities. By means of interpolation and resampling, regularly sampled voxel data sets can also be generated from such linear combinations.
  • the arbitrariness in the assignment of the example vector components to the voxels of the arbitrarily selected first example data set can be removed by repeating the calculation method, wherein the second pass instead of the arbitrarily selected first example data set is a voxel data set calculated from the mean vector of the example vectors for correspondence calculation and example vector generation is used.
  • the vector space spanned by the example vectors B 1 is reparametrised.
  • a principal component analysis PCA
  • eigenvectors and eigenvalues of the covariance matrix of the example vectors are calculated after the coordinates of the vectors
  • Linear combinations of the vectors can now be represented as the sum of the mean vector B 0 and the parameter ⁇ , weighted eigenvectors B 1 of the covariance matrix, which thus represent a new basis for the vector space of the linear combinations of the example vectors.
  • this distribution can be estimated from the example data sets.
  • the eigenvalues of the covariance matrix belonging to the eigenvectors represent the variance of the projection of the transformed example vectors on the associated eigenvectors and are used to calculate the probability of their occurrence for specific parameter combinations.
  • sample objects were not already positioned and aligned during the recording, it makes sense before the main component analysis to rotate and move the location coordinates contained in the example vectors so that the position and orientation of the example objects match as well as possible. For the invention described, it does not matter if this happens manually or with automatic methods such as fitting moments. If a viewed object consists of multiple subobjects that can be moved relative to each other (such as multiple bones connected by joints), then that alignment should be performed separately for the subobjects.
  • the parameters of this orientation transformation can also be understood as vectors that describe the position and orientation of an object or position and orientation of the subobjects, and whose linear combinations also form a vector space, which can also be used with linear or nonlinear techniques such as eg PCA or kernel PCA can be reparametrized.
  • the goal of the reparamethsation which can also be done separately for subobjects, is the determination of parameters that can describe combinations of the example vectors in such a way that these parameters can be ordered according to their importance.
  • the importance of a parameter can be defined by the mean square error that occurs when the corresponding parameter is omitted in the description of the example vectors in the coordinate system given by the PCA.
  • Parameters in which the omission does not cause an error in the Representation of the example vectors generated can be omitted.
  • the remaining parameters provide a redundancy-free representation of the example vectors and - if they represent well the entirety of the volume data records of an object class - also a low-redundancy display possibility for volume data sets of any new object from the considered object class.
  • any combination of the original sample data sets can be generated by setting the corresponding parameters.
  • the resulting data sets can be visualized using known volume visualization techniques. For example, it is very easy to calculate an image that corresponds to a normal X-ray image by integration along the radiation lines emanating from a virtual X-ray source from a CT data set.
  • the statistical parametric volume model is initialized so that the average object is displayed. Normally the parameterization will be chosen so that the average object is represented by the fact that all parameters ⁇ have the value 0. Alternatively, an initial parameter set can be set manually.
  • a virtual X-ray is generated.
  • the display parameters position of the radiation source and position and orientation of the image plane
  • the virtually generated X-ray image is compared with the real normal X-ray image. For example, the sum of the squared intensity differences can serve as a comparison measure.
  • This procedure corresponds to an analysis-by-synthesis procedure, as it is e.g. is known for the analysis of two-dimensional images [6].
  • the result of the method is a set of model parameters that characterize the specific volume model represented by the statistical parameterized volume model which best fits the analyzed real X-ray image.
  • This model can now be displayed with standard visualization techniques, eg it is possible to view it from all sides. The procedure can be improved if two or more images are used instead of a single real X-ray image.
  • the model must then be adjusted in the analysis phase in such a way that both recordings agree with their corresponding virtual recordings. For this purpose, in step 3, the sum of the squared intensity differences between each of the recorded images taken and the calculated image corresponding thereto can be used as a comparison measure. The remaining steps remain unchanged. Basically, with the aid of the statistical model, the most plausible model based on the example data sets can be calculated, which led to specific recordings.
  • sample data set contains CT data, e.g. As well as various MR data, an X-ray image can not only be used to determine a CT data record that matches this X-ray image, but also the most plausibly suitable MR data is automatically available for this purpose.
  • the analysis method described for X-ray images can be applied not only for normal X-ray images, but for all representations that can be calculated from the parameterized model.
  • a single CT scan can also be used.
  • the matching model is determined as described for the X-ray images and represents the model that fits best to this section according to the statistics given by the example data.
  • Another very important application is the analysis of raw data as obtained in the CT scan. Since such representations can also be computed from volume data, it is possible to compute high quality CT images even from a smaller amount of acquired data without performing inverse radon transformation (filtered backprojection). It only needs to be considered here that the sample data sets have enough variation must be able to properly represent the circumstances. If this is not the case, at least a deviation of the measured data from the data derived from the model can be detected and treated separately.
  • the analysis of complete volume data sets makes sense. It is done by registration, as used in the creation of the statistical model.
  • the parameter determination is particularly simple and takes place by simple projection of the resulting vectors onto the main axes determined by the PCA and subtraction of the projections of the average vector of the example vectors on these main axes.
  • a complete volume data set can also be analyzed with the method described above for calculating a volume model from an X-ray image, if the complete data record to be analyzed is used instead of the X-ray image.
  • the step of calculating a virtual recording can be omitted here, since the measured volume data set can be compared directly with the volume data set generated from the model parameters.
  • the other modality can be generated with the parameters thus determined; MR data can be used to calculate a CT representation and vice versa.
  • this representation is only a plausible model and not a measurement.
  • certain groups gender, age, specific illnesses
  • a discriminant analysis should be carried out instead of the principal component analysis.
  • FIG. 1 shows, by way of example, the block diagram of a device for generating parameterized statistical volume models.
  • the average vector B 0 of all example vectors is calculated. true, and then subtracted from each example vector.
  • This model can be output via an output port 15, or forwarded to a processing unit 16 for generating a voxel model for specific parameters ⁇ , where parameters ⁇ , ⁇ and ⁇ are input via an input port 17
  • FIG. 2 shows, by way of example, the block diagram of a device for calculating a volume model from one or more simple X-ray images or other measurement data sets.
  • X-ray image loaded into a storage unit 22 for volume model and measurement data.
  • the measurement data M represents a simple X-ray image.
  • the vectors P 1 are forwarded to a processing unit 23 for generating a voxel model for certain parameters ⁇ .
  • This processing unit is supplied with parameters by a processing unit 24 for optimizing the parameters a t and the presentation parameters.
  • a voxel model that is sent to a processing unit 25 for generating virtual measurement data M '. is passed from a voxel model.
  • a processing unit 25 for generating virtual measurement data M '. is passed from a voxel model.
  • this processing unit which can consist of a conventional voxel visualization device, for example, and which also receives the display parameters from the processing unit 24 for optimizing the parameters ⁇ and the display parameters, a virtual measurement data record M ', for example a virtual X-ray image, is generated and sent to a processing unit 26 for the calculation of a similarity measure between measured data M and virtual measurement data M 'passed.
  • the virtual X-ray image is compared with the recorded X-ray image to be analyzed from the storage unit 22.
  • This comparison measure is passed on to the processing unit 24 for optimizing the parameters and the presentation parameters, where according to an optimization algorithm iteratively, starting with an initial parameter set, new parameters a t and new presentation parameters are generated until the comparison measure reaches an extreme value indicating in that the maximum possible match between real recorded and virtually generated measured data set was achieved.
  • This algorithm may also rely on the variances stored in the volume model and measurement data storage unit 22.
  • the initial parameters ⁇ are either fixed default values (eg 0) or alternatively can be entered via an input port 27.
  • the inital representation parameters should correspond to the acquisition parameters of the measurement data and are likewise input via the input port 27.
  • the device can also be used to simultaneously analyze multiple X-ray images of an object.
  • the voxel model calculated from the optimized parameters is available at an output port 28, which can be visualized using standard visualization methods for voxel models. It makes sense to use a device for this visualization, which corresponds to the processing unit 25 for generating virtual measurement data M 'from a voxel model.
  • an output port 29 are the optimized model parameters that represent the calculated optimized model very compact, and can also be used to determine the plausibility of the calculated model using the probability distribution given by the statistical model.
  • FIG. 3 shows, by way of example, the block diagram of a device for analyzing the model parameters of a parameterized statistical volume model with orthogonal basis vectors from a measured complete data set.
  • the measured complete volume data set K is then registered in a processing unit 33 for registering K with the volume data set represented by the mean vector P 0 of the parameterized statistical model.
  • a vector is calculated from the correspondences and the intensities of K that represents the measured complete volume data set to be analyzed. This vector is then transformed by subtracting P 0 into the coordinate system of the parameterized statistical model.
  • the transformed measured data vector VA "thus calculated is forwarded to a processing unit 34 for the calculation of the model parameters ⁇ , where the parameters ⁇ , by projecting onto the or- normal basis vectors P 1 of the parameterized statistical volume model.
  • the thus calculated parameters a t are then output via an output port 35.
  • the described method is for processing data of an object that has been processed by imaging techniques such as imaging.
  • MR tomography, CT, or simple X-ray images were obtained by creating a parameterized statistical volume model from sample volume data sets or sample voxel data sets and fitting the model parameters to the data obtained.
  • the creation of the parameterized statistical volume model from example voxel data sets is carried out by manual or automatic registration of the volume or voxel data records, storage of the correspondences as high-dimensional vectors and subsequent parameter reduction.
  • the example voxel data sets may contain additional semantic information such as e.g. generated by manual segmentation.
  • the adaptation of the model parameters to the data to be processed obtained by means of imaging methods is carried out by using analysis-by-synthesis method.
  • the result is a volume model of the recorded object which can be visualized using standard methods on the basis of the example data records.
  • Applications are e.g. the generation of a three-dimensional volume model from a single or a few individual X-ray images, or the automatic detection of unusual structures by comparing the data calculated from the statistical model with the recorded volume data.

Abstract

A method for visually displaying and/or evaluating measurement data from imaging methods involve the following acts: a) calculating a parameterized statistical model from example voxel data sets that map different objects of an identical object class; b) carrying out at least one imaging method on an object to be examined of the object class in order to extract real measurement data; c) setting a set of model parameters of the parameterized statistical model; d) determining a difference between the real measurement data and the parameterized statistical model; e) repeating steps c) and d) while changing the model parameters until the difference between the real measurement data and the parameterized statistical model is minimal; and f) visually displaying and/or evaluating the statistical model parameterized in aforementioned manner.

Description

Verfahren zur Verarbeitung von Bild- und Volumendaten auf Basis statistischer Modelle Method for processing image and volume data based on statistical models
In der Medizin stehen verschiedene bildgebende Verfahren zur Verfügung, die innere Strukturen eines zu untersuchenden Körpers sichtbar machen. Seit langer Zeit gibt es Röntgenaufnahmen, die ein zweidimensionales Abbild der durchleuchteten Strukturen liefern, andere Verfahren, wie die (Computertomographie)CT- oder die (Magnetresonanz)MR- Tomographie können auch dreidimensionale, so genannte Voxeldaten- sätze liefern. Der Begriff Voxel setzt sich aus den Begriffen "Volumetrie" und "Pixel" zusammen. Bei einem räumlichen Voxeldatensatz, der in diskretisierter Form in kartesischen Koordinaten vorliegt, entspricht ein Voxel einem zugehörigen diskreten Wert an einer XYZ-Koordinate des Datensatzes. Ein Voxel bildet folglich ein dreidimensionales Äquivalent eines Pixels. Üblicherweise handelt es sich bei den in einem Voxeldatensatz enthaltenen Daten um skalare Größen, beispielsweise um Intensitätswerte oder Farbwerte, die mit den Mitteln der Volumengrafik zur Visualisierung bestimmt sind.In medicine, various imaging techniques are available that visualize the internal structures of a body to be examined. For a long time there have been X-rays, which provide a two-dimensional image of the transilluminated structures, other methods, such as (computed tomography) CT or (magnetic resonance) MR tomography can also provide three-dimensional, so-called voxel data sets. The term voxel is made up of the terms "volumetry" and "pixels". For a voxel spatial data set that is in discretized form in Cartesian coordinates, a voxel corresponds to an associated discrete value at an XYZ coordinate of the data set. A voxel thus forms a three-dimensional equivalent of a pixel. Usually, the data contained in a voxel data set are scalar quantities, for example intensity values or color values, which are intended for visualization with the means of the volume graphic.
Leider sind diese letztgenannten Verfahren heute noch teuer und zeitaufwendig oder auch (bei CT) mit höherer Strahlenbelastung verbunden. Daher werden oft, auch wenn - z.B. bei der Operationsplanung - dreidimensionale Aufnahmen wünschenswert wären, normale zweidimensionale Röntgenaufnahmen verwendet. Obwohl darin keine Tiefeninformationen enthalten sind, können Ärzte sich die abgebildeten dreidimensionalen Strukturen aufgrund ihrer Erfahrung vorstellen.Unfortunately, these latter methods are still expensive and time-consuming today or (in CT) associated with higher radiation exposure. Therefore, often even though - e.g. in surgical planning - three-dimensional images would be desirable to use normal two-dimensional radiographs. Although it does not contain depth information, physicians can visualize the depicted three-dimensional structures based on their experience.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Visualisie- ren und/oder Auswerten von Messdaten aus bildgebenden Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine leistungsfähige Auswertung der gemessenen Daten und insbesondere die Berechnung von Volumenmodellen aus den Messdaten zweidimensionaler Aufnahmen ermöglicht. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1.The object of the invention is to make available a method for visualizing and / or evaluating measurement data from imaging methods, which enables a powerful evaluation of the measured data and, in particular, the calculation of volume models from the measurement data of two-dimensional recordings. The invention solves this problem by a method according to claim 1.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte: a) Berechnen eines parametrisierten statistischen Modells aus Beispiel-Voxeldaten- sätzen, die unterschiedliche Objekte einer identischen Objektklasse abbilden, b) Durchführen mindestens eines bildgebenden Verfahrens an einem zu untersuchenden Objekt der Objektklasse zum Gewinnen von realen Messdaten, c) Einstellen eines Satzes von Modellparametern des parametrisierten statistischen Modells, d) Bestimmen einer Abweichung zwischen den realen Messdaten und dem parametrisierten statistischen Modell, e) Wiederholen der Schritte c) und d) unter Veränderung der Modellparameter, bis die Abweichung zwischen den realen Messdaten und dem parametrisierten statistischen Modell minimal ist, und f) Visua- lisieren und/oder Auswerten des derart parametrisierten statistischen Modells. Die Schritte a) bis f) werden bevorzugt in der genannten Reihenfolge ausgeführt.According to the invention, the method comprises the steps of: a) calculating a parameterized statistical model from exemplary voxel data sets which map different objects of an identical object class, b) performing at least one imaging method on an object of the object class to be examined for obtaining real measurement data, c Setting a set of model parameters of the parameterized statistical model, d) determining a deviation between the real measurement data and the parameterized statistical model, e) repeating steps c) and d) changing the model parameters until the deviation between the real measurement data and the parameterized statistical model is minimal; and f) visualizing and / or evaluating the statistical model parameterised in this way. The steps a) to f) are preferably carried out in the order mentioned.
In anderen Worten wird bei dem Verfahren zur Verarbeitung von Messdaten aus bildgebenden Verfahren aus Beispiel-Voxeldatensätzen ein parametrisiertes statistisches Modell berechnet, Modellparameter für dieses Modell werden so bestimmt, dass aus dem Modell berechnete Daten optimal mit den gemessenen Daten übereinstimmen, und das so gewonnene Modell wird zur Visualisierung oder Weiterverarbeitung ausgegeben.In other words, in the method for processing measurement data from imaging methods from example voxel data sets, a parametric statistical model is calculated, model parameters for this model are determined so that data calculated from the model optimally match the measured data, and the model thus obtained is output for visualization or further processing.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht unter anderem die Berechnung von Volumenmodellen aus zweidimensionalen Aufnahmen (z.B. Röntgenaufnahmen oder einzelnen aufgenommenen Schichtbildern) dadurch, dass mit Hilfe eines aus Beispieldatensätzen generierten statistischen Modells die wahrscheinlichste Konfiguration berechnet wird, die zu der Aufnahme geführt haben könnte. Der Erfahrung des Arztes, der sich eine dreidimensionale Konfiguration vorstellen kann, die zu einer bestimmten Aufnahme geführt hat, entspricht hier die aus den Bei- spieldaten gewonnene statistische Information. Entsprechende Techniken werden bisher nur auf dem Gebiet der Modellierung zweidimensionaler Bilder [1] oder dreidimensionaler Flächenmodelle (Morphable Models [2]) eingesetzt, nicht aber für Volumenmodelle.Among other things, the method according to the invention makes it possible to calculate volume models from two-dimensional images (for example X-ray images or individual recorded slice images) by calculating the most probable configuration which could have led to the recording with the aid of a statistical model generated from sample data sets. The experience of the doctor, who can imagine a three-dimensional configuration that led to a certain image, corresponds here to the data obtained from statistical data. Corresponding techniques have hitherto been used only in the field of modeling two-dimensional images [1] or three-dimensional surface models (Morphable Models [2]), but not for solid models.
Eine Weiterbildung des Verfahrens umfasst die Schritte: d ) Berechnen von virtuellen Messdaten aus dem parametrisierten statistischen Modell, und d1) Bestimmen der Abweichung zwischen den realen Messdaten und dem parametrisierten statistischen Modell durch Bestimmen einer Abweichung zwischen den realen Messdaten und den virtuellen Messdaten. Der Schritt c1) wird bevorzugt nach dem Schritt c) und vor dem Schritt d) ausgeführt und der Schritt d1 ) wird bevorzugt nach dem Schritt d) und vor dem Schritt e) ausgeführt.A refinement of the method comprises the steps of: d) calculating virtual measurement data from the parameterized statistical model, and d1) determining the deviation between the real measurement data and the parameterized statistical model by determining a deviation between the real measurement data and the virtual measurement data. Step c1) is preferably carried out after step c) and before step d), and step d1) is preferably carried out after step d) and before step e).
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Beispiel-Voxeldaten- sätze aus CT- und/oder MR-Voxeldaten gewonnen.In a development of the method, the example voxel data sets are obtained from CT and / or MR voxel data.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die realen Messdaten anhand einer oder mehrerer Röntgenaufnahmen gewonnen.In a development of the method, the real measurement data are obtained on the basis of one or more X-ray images.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die realen Messdaten aus noch nicht rückprojizierten Daten einer oder mehrerer CT- und/oder MR- Aufnahmen gewonnen.In one development of the method, the real measured data are obtained from data which has not yet been backprojected, of one or more CT and / or MR recordings.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die realen Messdaten aus Voxeldaten, beispielsweise aus rückprojizierten Daten einer oder mehrerer CT- und/oder MR-Aufnahmen, gewonnen.In one development of the method, the real measured data is obtained from voxel data, for example from backprojected data of one or more CT and / or MR recordings.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird aus dem parametrisierten statistischen Modell ein Referenzdatensatz berechnet, die Messdaten werden mit dem Referenzdatensatz registriert und es werden diejenigen Modellparameter berechnet, die das am besten mit den Messdaten ü- bereinstimmende Modell repräsentieren. In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das parametrisierte statistische Modell aus einer Linearkombination von Beispielvektoren gewonnen, wobei ein jeweiliger Beispielvektor einem jeweils zugehörigen Bei- spiel-Voxeldatenatz zugeordnet ist und Komponenten des jeweiligen Beispielvektors Position und Intensität von Volumenelementen des zugehörigen Beispiel-Voxeldatenatzes beschreiben. Die Beispielvektoren werden auf der Basis der Beispiel-Voxeldatensätze ermittelt. Zur Ermittlung bzw. Berechnung der Beispielvektoren kann neben einer Repara- metrisierung auch eine Parameterreduktion erfolgen.In one development of the method, a reference data record is calculated from the parameterized statistical model, the measured data are registered with the reference data record and those model parameters are calculated which represent the model which best matches the measured data. In a further development of the method, the parameterized statistical model is obtained from a linear combination of example vectors, wherein a respective example vector is assigned to a respectively associated exemplary voxel data set and components of the respective example vector describe position and intensity of volume elements of the associated example voxel data set. The example vectors are determined based on the example voxel data sets. In order to determine or calculate the example vectors, a parameter reduction can be carried out in addition to a reparatization.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein durch die Beispielvektoren aufgespannter Vektorraum reparametrisiert.In a development of the method, a vector space spanned by the example vectors is reparametrised.
In einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Auswerten des pa- ramethsierten statistischen Modells im Schritt f) eine Detektion von Anomalien in den realen Messdaten.In a development of the method, the evaluation of the parameterized statistical model in step f) comprises a detection of anomalies in the real measured data.
Das erfindungsgemäße Verfahren oder bestimmte Teilschritte des Verfahrens können bevorzugt auf Spezialhardware, beispielsweise auf der Basis von programmierbaren Logikbausteinen, ausgeführt werden.The method according to the invention or specific substeps of the method can preferably be carried out on special hardware, for example on the basis of programmable logic modules.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand typischer Anwendungszenarien und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen schematisch:The invention will now be described by way of typical application scenarios and with reference to the accompanying drawings. Here are shown schematically:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung parametrisier- ter statistischer Volumenmodelle,1 shows a block diagram of a device for generating parameterized statistical volume models,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Berechnung eines Volumenmodells aus einem oder mehreren einfachen Röntgenbildern oder anderen Messdatensätzen und Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Analyse der Modellparameter eines parametrisierten statistischen Volumenmodells mit orthogonalen Basisvektoren aus einem gemessenen vollständigen Datensatz.2 shows a block diagram of a device for calculating a volume model from one or more simple X-ray images or other measurement data sets and 3 shows a block diagram of a device for analyzing the model parameters of a parameterized statistical volume model with orthogonal basis vectors from a measured complete data set.
Berechnung eines statistischen Volumenmodells aus BeispieldatensätzenCalculation of a statistical volume model from sample data sets
Zur Berechnung des statistischen Volumenmodells werden Beispielvolumendatensätze Vj (j=1 -.n) benötigt, die alle Objekte der gleichen Objektklasse darstellen. Hier sollen zunächst CT-Voxeldatensätze betrachtet werden, wobei entsprechende Modelle auch für MR- Tomographieauf nahmen erzeugt werden können. Dass die Objekte alle einer gemeinsamen Objektklasse angehören bedeutet, dass zu jedem Objektpunkt in einem Datensatz in jedem anderen Datensatz ein Punkt identifiziert werden kann, der ein entsprechendes Objektmerkmal darstellt. In einem ersten Schritt werden diese Korrespondenzen identifiziert; allgemein wird dieser Schritt als Registrierung der Modelle bezeichnet. Dies kann manuell durch Kennzeichnung korrespondierender Punkte in den Beispieldatensätzen und Interpolation der dazwischenliegenden Punktpositionen erfolgen, aber auch durch automatische Verfahren, siehe z.B. [3] und [4].To compute the statistical volume model, sample volume datasets Vj (j = 1 -.n) are needed that represent all objects of the same object class. Here, first CT-voxel data sets are to be considered, whereby corresponding models can also be generated for MR tomography recordings. The fact that the objects all belong to a common object class means that for each object point in a data record in every other data record a point can be identified that represents a corresponding object feature. In a first step, these correspondences are identified; Generally, this step is called registration of the models. This can be done manually by marking corresponding points in the example data sets and interpolating the intermediate point positions, but also by automatic methods, see e.g. [3] and [4].
Anschließend wird aus jedem Beispieldatensatz ein Vektor Bj berechnet, der den Datensatz vollständig beschreibt und im folgenden als Beispielvektor bezeichnet wird. Der erste dieser Beispielvektoren B1 kann z.B. dadurch erzeugt werden, dass für den ersten der Beispieldatensätze für jedes Voxel x-, y-, und z-Position sowie die Voxelintensität als Vektorkomponenten hintereinandergeschrieben werden, wodurch der Vektor eine Zahl von Komponenten hat, die dem Vierfachen der Voxel- zahl entspricht. Für alle weiteren Beispieldatensätze werden die Beispielvektoren dadurch gebildet, dass für jedes Voxel des ersten Beispieldatensatzes das aufgrund der erfolgten Registrierung bekannte kor- respondierende Voxel des weiteren Beispieldatensatzes bestimmt wird, und dessen x-, y-, und z-Position sowie dessen Voxelintensität als Vektorkomponenten hintereinandergeschrieben werden. Solcherart erzeugte Vektoren können nun linear kombiniert werden. Die Linearkombinationen stellen neue Volumendatensätze dar, bestehend aus Positionen und Intensitäten. Durch Interpolation und Neuabtastung können aus solchen Linearkombinationen auch wieder regelmäßig abgetastete Voxeldaten- sätze erzeugt werden.Subsequently, a vector B j is calculated from each example data record, which fully describes the data record and is referred to below as an example vector. For example, the first of these example vectors B 1 may be generated by cascading the first of the example data sets for each voxel with x, y, and z positions and the voxel intensity as vector components, whereby the vector has a number of components corresponding to the vector Four times the voxel number. For all other example data records, the example vectors are formed by the fact that, for each voxel of the first example data record, the cor- responding voxels of the further example data set is determined, and whose x-, y-, and z-position and its voxel intensity as vector components are written one after the other. Such generated vectors can now be combined linearly. The linear combinations represent new volume data sets consisting of positions and intensities. By means of interpolation and resampling, regularly sampled voxel data sets can also be generated from such linear combinations.
Die Willkür bei der Zuordnung der Beispielvektorkomponenten zu den Voxeln des beliebig gewählten ersten Beispieldatensatzes lässt sich dadurch entfernen, dass das Berechnungsverfahren wiederholt wird, wobei beim zweiten Durchgang statt des beliebig gewählten ersten Beispieldatensatzes ein aus dem Durchschnittsvektor der Beispielvektoren berechneter Voxeldatensatz zur Korrespondenzberechnung und Beispiel- vektorgenerierung verwendet wird.The arbitrariness in the assignment of the example vector components to the voxels of the arbitrarily selected first example data set can be removed by repeating the calculation method, wherein the second pass instead of the arbitrarily selected first example data set is a voxel data set calculated from the mean vector of the example vectors for correspondence calculation and example vector generation is used.
In einem zweiten Schritt wird der durch die Beispielvektoren B1 aufgespannte Vektorraum reparametrisiert. Dazu kann z.B., wie in [2] beschrieben, eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) eingesetzt werden. Bei der PCA werden Eigenvektoren und Eigenwerte der Kovarianzmatrix der Beispielvektoren berechnet, nachdem die Koordinaten der VektorenIn a second step, the vector space spanned by the example vectors B 1 is reparametrised. For example, as described in [2], a principal component analysis (PCA) can be used. In the PCA, eigenvectors and eigenvalues of the covariance matrix of the example vectors are calculated after the coordinates of the vectors
1 " ~ so transformiert wurden, dass der Durchschnittsvektor ß^-Yß der1 "~ were transformed such that the mean vector ß ^ -Yß of the
Beispielvektoren im Ursprung liegt. Es ist bekannt, dass sich diese für kleine n effizient ohne explizite Berechnung der hochdimensionalen Kovarianzmatrix berechnen lassen. Linearkombinationen der Vektoren können nun als Summe des Durchschnittsvektors B0 und der durch Parameter α, gewichteten Eigenvektoren B1 der Kovarianzmatrix dargestellt werden, welche somit eine neue Basis für den Vektorraum der Linearkombinationen der Beispielvektoren darstellen. Unter der Voraussetzung, dass die Beispieldatensätze eine höchstens (n-i)-dimensionale Normalverteilung repräsentieren, kann diese Verteilung aus den Beispieldatensätzen geschätzt werden. In diesem Fall repräsentieren die zu den Eigenvektoren gehörenden Eigenwerte der Kovarianzmatrix die Varianz der Projektion der transformierten Beispielvektoren auf die dazu gehörenden Eigenvektoren und werden dazu verwendet, für konkrete Parameterkombinationen die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens zu berechnen.Example vectors in the origin lies. It is known that these can be computed efficiently for small n without explicit computation of the high-dimensional covariance matrix. Linear combinations of the vectors can now be represented as the sum of the mean vector B 0 and the parameter α, weighted eigenvectors B 1 of the covariance matrix, which thus represent a new basis for the vector space of the linear combinations of the example vectors. Assuming that the sample datasets are at most (ni) -dimensional Normal distribution, this distribution can be estimated from the example data sets. In this case, the eigenvalues of the covariance matrix belonging to the eigenvectors represent the variance of the projection of the transformed example vectors on the associated eigenvectors and are used to calculate the probability of their occurrence for specific parameter combinations.
Falls die Beispielobjekte nicht schon bei der Aufnahme gleich positioniert und ausgerichtet waren, ist es vor Durchführung der Hauptkomponentenanalyse sinnvoll, die in den Beispielvektoren enthaltenen Ortskoordinaten so zu rotieren und zu verschieben, dass Lage und Ausrichtung der Beispielobjekte möglichst gut übereinstimmen. Für die beschriebene Erfindung ist es unerheblich, ob dies manuell oder mit automatischen Verfahren wie Fitting von Momenten geschieht. Besteht ein betrachtetes Objekt aus mehreren Teilobjekten, die relativ zueinander bewegt werden können (wie z.B. mehrere durch Gelenke verbundene Knochen), so sollte diese Ausrichtung für die Teilobjekte getrennt durchgeführt werden. Auch die Parameter dieser Ausrichtungstransformation (z.B. Drehwinkel und Verschiebungsvektoren) können als Vektoren auf- gefasst werden, die Lage und Ausrichtung eines Objekts bzw. Lage und Ausrichtung der Teilobjekte beschreiben, und deren Linearkombinationen ebenfalls einen Vektorraum bilden, der auch mit linearen oder nichtlinearen Techniken wie z.B. PCA oder Kernel-PCA reparametrisiert werden kann. Ziel der Reparamethsierung, die auch für Teilobjekte getrennt erfolgen kann, ist die Bestimmung von Parametern, die Kombinationen der Beispielvektoren beschreiben können und zwar in einer solchen Weise, dass diese Parameter nach ihrer Wichtigkeit geordnet werden können. Bei der PCA kann die Wichtigkeit eines Parameters durch den durchschnittlichen quadratischen Fehler definiert werden, der auftritt, wenn bei der Beschreibung der Beispielvektoren im durch die PCA gegebenen Koordinatensystem der entsprechende Parameter weggelassen wird. Parameter, bei denen das Weglassen keinen Fehler bei der Darstellung der Beispielvektoren erzeugt, können weggelassen werden. Die verbleibenden Parameter liefern eine redundanzfreie Darstellung der Beispielvektoren und - wenn diese die Gesamtheit der Volumendatensätze einer Objektklasse gut repräsentieren - auch eine redundanzarme Darstellungsmöglichkeit für Volumendatensätze eines beliebigen neuen Objekts aus der betrachteten Objektklasse.If the sample objects were not already positioned and aligned during the recording, it makes sense before the main component analysis to rotate and move the location coordinates contained in the example vectors so that the position and orientation of the example objects match as well as possible. For the invention described, it does not matter if this happens manually or with automatic methods such as fitting moments. If a viewed object consists of multiple subobjects that can be moved relative to each other (such as multiple bones connected by joints), then that alignment should be performed separately for the subobjects. The parameters of this orientation transformation (eg rotation angles and displacement vectors) can also be understood as vectors that describe the position and orientation of an object or position and orientation of the subobjects, and whose linear combinations also form a vector space, which can also be used with linear or nonlinear techniques such as eg PCA or kernel PCA can be reparametrized. The goal of the reparamethsation, which can also be done separately for subobjects, is the determination of parameters that can describe combinations of the example vectors in such a way that these parameters can be ordered according to their importance. In PCA, the importance of a parameter can be defined by the mean square error that occurs when the corresponding parameter is omitted in the description of the example vectors in the coordinate system given by the PCA. Parameters in which the omission does not cause an error in the Representation of the example vectors generated can be omitted. The remaining parameters provide a redundancy-free representation of the example vectors and - if they represent well the entirety of the volume data records of an object class - also a low-redundancy display possibility for volume data sets of any new object from the considered object class.
Hat man nun auf diese Weise ein statistisches Modell gewonnen, so können durch Einstellung der entsprechenden Parameter beliebige Kombinationen der ursprünglichen Beispieldatensätze erzeugt werden. Die dadurch entstehenden Datensätze können mit bekannten Volumenvisualisierungsverfahren visualisiert werden. Beispielsweise ist es sehr einfach, durch Integration entlang der von einer virtuellen Röntgenstrah- lenquelle ausgehenden Strahlungslinien aus einem CT-Datensatz ein Bild zu berechnen, das einer normalen Röntgenaufnahme entspricht.Once a statistical model has been obtained in this way, any combination of the original sample data sets can be generated by setting the corresponding parameters. The resulting data sets can be visualized using known volume visualization techniques. For example, it is very easy to calculate an image that corresponds to a normal X-ray image by integration along the radiation lines emanating from a virtual X-ray source from a CT data set.
Berechnung eines Volumenmodells aus einer RöntgenaufnahmeCalculation of a volume model from an X-ray
Eine wichtige Aufgabe, die mit der beschriebenen Erfindung gelöst werden kann, ist die Berechnung eines Volumenmodells aus einer einfachen Röntgenaufnahme. Dies geschieht in folgender Weise:An important task which can be solved with the described invention is the calculation of a volume model from a simple X-ray image. This happens in the following way:
a) Das statistische parametrisierte Volumenmodell wird so initialisiert, dass das Durchschnittsobjekt dargestellt wird. Normalerweise wird die Parametrisierung so gewählt sein, dass das Durchschnittsobjekt dadurch repräsentiert wird, dass alle Parameter α, den Wert 0 haben. Alternativ kann ein initialer Parametersatz manuell festgelegt werden.a) The statistical parametric volume model is initialized so that the average object is displayed. Normally the parameterization will be chosen so that the average object is represented by the fact that all parameters α have the value 0. Alternatively, an initial parameter set can be set manually.
b) Von diesem Modell mit den eingestellten Parametern α. wird eine virtuelle Röntgenaufnahme erzeugt. Die Darstellungsparameter (Position der Strahlungsquelle und Position und Ausrichtung der Bildebene) sollen ähnlich wie bei der zu analysierenden normalen Röntgenaufnahme gewählt werden. c) Die virtuell erzeugte Röntgenaufnahme wird mit der realen normalen Röntgenaufnahme verglichen. Als Vergleichsmaß kann z.B. die Summe der quadrierten Intensitätsdifferenzen dienen.b) Of this model with the set parameters α. a virtual X-ray is generated. The display parameters (position of the radiation source and position and orientation of the image plane) should be selected similar to the normal X-ray image to be analyzed. c) The virtually generated X-ray image is compared with the real normal X-ray image. For example, the sum of the squared intensity differences can serve as a comparison measure.
d) Nun wird in iterativer Weise durch wiederholtes Durchlaufen der Schritte 2 und 3 mit veränderten Modellparametern α, und Visualisierungsparametern (Position von Bildebene und Strahlenquelle) die Übereinstimmung zwischen virtuell erzeugtem und realem Röntgenbild verbessert. Für die Anpassung der Parameter können dabei verschiedene numerische Standardoptimierungstechniken eingesetzt werden wie z.B. verschiedene hierarchische gradientenbasierte Verfahren, Simulated- Annealing oder Simplex-Verfahren [5].d) Now, in an iterative manner, by repeatedly going through steps 2 and 3 with changed model parameters α, and visualization parameters (position of image plane and radiation source), the match between the virtually generated and the real X-ray image is improved. For the adaptation of the parameters, various numerical standard optimization techniques can be used, such as e.g. various hierarchical gradient-based methods, simulated annealing or simplex methods [5].
Dieses Vorgehen entspricht einem Analysis-by-Synthesis-Verfahren, wie es z.B. für die Analyse von zweidimensionalen Bildern bekannt ist [6].This procedure corresponds to an analysis-by-synthesis procedure, as it is e.g. is known for the analysis of two-dimensional images [6].
Ergebnis des Verfahrens ist ein Satz von Modellparametern, die das spezielle, durch das statistische parametrisierte Volumenmodell darstellbare Volumenmodell charakterisieren, das am besten zu der analysierten realen Röntgenaufnahme passt. Dieses Modell kann nun mit Standardvisualisierungstechniken dargestellt werden, z.B. ist es möglich, es von allen Seiten zu betrachten. Verbessert werden kann das Verfahren, wenn statt einer einzelnen realen Röntgenaufnahme zwei oder mehrere Aufnahmen verwendet werden. Das Modell muss in der Analysephase dann so angepasst werden, dass beide Aufnahmen mit den ihnen entsprechenden virtuellen Aufnahmen übereinstimmen. Dazu kann in Schritt 3 als Vergleichsmaß die Summe der quadrierten Intensitätsdifferenzen zwischen jedem der betrachteten aufgenommenen Bilder und dem ihm entsprechenden berechneten Bild verwendet werden. Die restlichen Schritte bleiben unverändert. Grundsätzlich kann mit Hilfe des statistischen Modells das aufgrund der Beispieldatensätze plausibelste Modell berechnet werden, das zu bestimmten Aufnahmen geführt hat. Ist eine Übereinstimmung in bestimmten Bildbereichen nicht zu erzielen, so liegt der Grund darin, dass kein Modell, das sich als Kombination der Beispieldaten darstellen lässt, ein Bild erzeugen kann, das dem aufgenommenen Bild entspricht. Bereiche, in denen hohe Differenzen auftreten, können z.B. farblich markiert werden, da sie vom Normalen abweichende Gegebenheiten darstellen. Ähnliches gilt, wenn einzelne Modellparameter Größen annehmen, die weit außerhalb der durch die Beispieldaten gegebenen Varianz liegen.The result of the method is a set of model parameters that characterize the specific volume model represented by the statistical parameterized volume model which best fits the analyzed real X-ray image. This model can now be displayed with standard visualization techniques, eg it is possible to view it from all sides. The procedure can be improved if two or more images are used instead of a single real X-ray image. The model must then be adjusted in the analysis phase in such a way that both recordings agree with their corresponding virtual recordings. For this purpose, in step 3, the sum of the squared intensity differences between each of the recorded images taken and the calculated image corresponding thereto can be used as a comparison measure. The remaining steps remain unchanged. Basically, with the aid of the statistical model, the most plausible model based on the example data sets can be calculated, which led to specific recordings. If a match can not be achieved in certain image areas, the reason is that no model that can be represented as a combination of the example data can produce an image corresponding to the captured image. Areas in which high differences occur can, for example, be color-coded, since they represent conditions deviating from the normal. The same applies if individual model parameters assume sizes that are far outside the variance given by the example data.
Werden für die Berechnung des statistischen Modells multimodale Beispieldatensätze verwendet, so ergeben sich weitere Einsatzmöglichkeiten für die Analyse aufgenommener Daten. Enthält der Beispieldatensatz neben CT-Daten z.B. auch verschiedene MR-Daten, so kann aus einem Röntgenbild nicht nur ein CT-Datensatz bestimmt werden, der zu diesem Röntgenbild passt, sondern es stehen automatisch auch die dazu am plausibelsten passenden MR-Daten zur Verfügung.If multimodal sample data sets are used for the calculation of the statistical model, further possibilities for the analysis of recorded data arise. If the sample data set contains CT data, e.g. As well as various MR data, an X-ray image can not only be used to determine a CT data record that matches this X-ray image, but also the most plausibly suitable MR data is automatically available for this purpose.
Das für Röntgenbilder beschriebene Analyseverfahren kann nicht nur für normale Röntgenbilder angewendet werden, sondern für alle Darstellungen, die sich aus dem parametrisierten Modell berechnen lassen. Anstelle einer Röntgenaufnahme kann also z.B. auch ein einzelner CT- Schnitt verwendet werden. Das dazu passende Modell wird wie für die Röntgenbilder beschrieben bestimmt und stellt das Modell dar, das nach der durch die Beispieldaten gegebenen Statistik am besten zu diesem Schnitt passt. Eine weitere sehr wichtige Anwendung besteht in der Analyse von Rohdaten, wie sie bei der CT-Aufnahme anfallen. Da auch solche Darstellungen aus Volumendaten berechnet werden können, ist es möglich, auch aus einer kleineren Menge von aufgenommenen Daten qualitativ hochwertige CT-Bilder zu berechnen, ohne die inverse Radontransformation (gefilterte Rückprojektion) durchzuführen. Beachtet werden muss hier lediglich, dass die Beispieldatensätze genügend Variation aufweisen müssen, um die Gegebenheiten richtig darstellen zu können. Ist dies nicht der Fall, so kann immerhin eine Abweichung der Messdaten von den aus dem Modell abgeleiteten Daten detektiert und getrennt behandelt werden.The analysis method described for X-ray images can be applied not only for normal X-ray images, but for all representations that can be calculated from the parameterized model. For example, instead of an X-ray, a single CT scan can also be used. The matching model is determined as described for the X-ray images and represents the model that fits best to this section according to the statistics given by the example data. Another very important application is the analysis of raw data as obtained in the CT scan. Since such representations can also be computed from volume data, it is possible to compute high quality CT images even from a smaller amount of acquired data without performing inverse radon transformation (filtered backprojection). It only needs to be considered here that the sample data sets have enough variation must be able to properly represent the circumstances. If this is not the case, at least a deviation of the measured data from the data derived from the model can be detected and treated separately.
Analyse vollständiger VolumendatensätzeAnalysis of complete volume datasets
Auch die Analyse vollständiger Volumendatensätze ist sinnvoll. Sie erfolgt durch Registrierung, wie sie bei der Erstellung des statistischen Modells eingesetzt wird. Bei linearen Vektorräumen und einer Paramet- risierung durch PCA ist die Parameterbestimmung besonders einfach und erfolgt durch einfache Projektion der entstehenden Vektoren auf die durch die PCA bestimmten Hauptachsen und Subtraktion der Projektionen des Durchschnittsvektors der Beispielvektoren auf diese Hauptachsen.Also, the analysis of complete volume data sets makes sense. It is done by registration, as used in the creation of the statistical model. For linear vector spaces and a parameterization by PCA, the parameter determination is particularly simple and takes place by simple projection of the resulting vectors onto the main axes determined by the PCA and subtraction of the projections of the average vector of the example vectors on these main axes.
Ist das parametrisierte statistische Modell kein lineares Modell mit orthogonalen Basisfunktionen, sondern wurde z.B. mit Hilfe nichtlinearer Parameterreduzierungstechniken erzeugt, so kann ein vollständiger Volumendatensatz auch mit dem oben beschriebenen Verfahren zur Berechnung eines Volumenmodells aus einer Röntgenaufnahme analysiert werden, wenn anstelle der Röntgenaufnahme der vollständige zu analysierende Datensatz verwendet wird. Der Schritt der Berechnung einer virtuellen Aufnahme kann hier entfallen, da der gemessene Volumendatensatz direkt mit dem aus den Modellparametern erzeugten Volumendatensatz verglichen werden kann.If the parameterized statistical model is not a linear model with orthogonal basis functions, but has e.g. With the aid of non-linear parameter reduction techniques, a complete volume data set can also be analyzed with the method described above for calculating a volume model from an X-ray image, if the complete data record to be analyzed is used instead of the X-ray image. The step of calculating a virtual recording can be omitted here, since the measured volume data set can be compared directly with the volume data set generated from the model parameters.
Ist das statistische Modell multimodal, so kann mit den so bestimmten Parametern auch die jeweils andere Modalität erzeugt werden; aus MR- Daten lässt sich eine CT -Darstellung berechnen und umgekehrt. Allerdings muss beachtet werden, dass diese Darstellung nur ein plausibles Modell und nicht eine Messung darstellt. Besonders interessant ist die Anwendung in der Diagnostik von Anomalien, da diese sich in starken Abweichungen der gemessenen Daten von den Modelldaten ausdrücken. Mit gelabelten Beispieldaten wäre es sogar möglich, durch die Parameterbestimmung für gemessene Daten eine automatische Zuordnung zu bestimmten Gruppen vorzunehmen (Geschlecht, Alter, bestimmte Krankheiten). Für solche diagnostischen Zwecke würden sich allerdings andere Parametrisierungen anbieten; so sollte zur Unterscheidung zweier Gruppen (z.B. bestimmte Krankheit vorhanden / nicht vorhanden) statt der Hauptkomponentenanalyse eine Diskriminanzana- lyse vorgenommen werden.If the statistical model is multimodal, the other modality can be generated with the parameters thus determined; MR data can be used to calculate a CT representation and vice versa. However, it should be noted that this representation is only a plausible model and not a measurement. Of particular interest is the application in the diagnosis of anomalies, as these are in strong Express deviations of the measured data from the model data. With example data labeled with labels, it would even be possible to automatically assign certain groups (gender, age, specific illnesses) by determining the parameters for measured data. For such diagnostic purposes, however, would offer other parametrizations; In order to distinguish between two groups (eg certain disease present / not present), a discriminant analysis should be carried out instead of the principal component analysis.
Vorrichtung zur Erzeugung eines parametrisierten statistischen VolumenmodellsDevice for generating a parameterized statistical volume model
Fig. 1 zeigt beispielhaft das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung parametrisierter statistischer Volumenmodelle.FIG. 1 shows, by way of example, the block diagram of a device for generating parameterized statistical volume models.
Über einen Eingabeport 11 werden Beispiel-Voxeldatensätze Vj (j=1..n) einer Objektklasse in eine Speichereinheit 12 für Beispiel- Voxeldatensätze geladen. Von dort werden die Beispiel-Voxeldatensätze an eine Verarbeitungseinheit 13 zur Registrierung und Beispielvektorberechnung weitergegeben, wo Punktkorrespondenzen zwischen den Datensätzen bestimmt werden, und anschließend aus diesen Korrespondenzen für jeden Beispiel-Voxeldatensatz ein Beispielvektor berechnet wird.Via an input port 11, sample voxel data sets Vj (j = 1..n) of an object class are loaded into a memory unit 12 for example voxel data sets. From there, the sample voxel data sets are passed to a registration and sample vector calculation processing unit 13, where dot correspondences between the data sets are determined, and then from these correspondences an example vector is computed for each example voxel data set.
Dann wird der Durchschnittsvektor B0 aller Beispielvektoren be- stimmt, und anschließend von jedem Beispielvektor abgezogen. Die resultierenden Differenzvektoren B1 = B1 -B0 werden an eine Verarbeitungseinheit 14 zur Reparametrisierung durch PCA weitergegeben, wo sie einer Hauptkomponentenanalyse unterzogen werden. Als Ergebnis steht ein parametrisiertes statistisches Volumenmodell zur Verfügung, das aus dem Vektor P0 = B0 und den Eigenvektoren P1 der Kovarianz- matrix der Differenzvektoren, sowie aus den dazugehörigen Eigenwerten v, besteht. Dieses Modell kann über einen Ausgabeport 15 ausgegeben werden, oder an eine Verarbeitungseinheit 16 zur Generierung eines Voxelmodells für bestimmte Parameter α, weitergegeben werden, wo aus über einen Eingabeport 17 eingegebenen Parametern α, undThen the average vector B 0 of all example vectors is calculated. true, and then subtracted from each example vector. The resulting difference vectors B 1 = B 1 -B 0 are forwarded to a processing unit 14 for reparametrization by PCA, where they are subjected to principal component analysis. The result is a parametric statistical volume model that consists of the vector P 0 = B 0 and the eigenvectors P 1 of the covariance matrix of the difference vectors, as well as from the associated eigenvalues v. This model can be output via an output port 15, or forwarded to a processing unit 16 for generating a voxel model for specific parameters α, where parameters α, α and β are input via an input port 17
den Modellvektoren P1 der Summenvektor V0 = B0 + ^] U1P1 berechnet wird, i der ein durch die Parameter α, definiertes konkretes Volumenmodell repräsentiert. Aus diesem Summenvektor wird anschließend durch Re- sampling ein Voxelmodell auf einem regelmäßigen Gitter berechnet, das über einen Ausgabeport 18 ausgegeben werden kann.the vector vectors P 1, the sum vector V 0 = B 0 + ^] U 1 P 1 is calculated, i represents a defined by the parameters α, concrete volume model. From this sum vector, a voxel model on a regular grid is then calculated by resampling, which can be output via an output port 18.
Vorrichtung zur Bestimmung von Modellparametern aus einem oder mehreren Röntgenbildern oder anderen MessdatensätzenDevice for determining model parameters from one or more X-ray images or other measurement data sets
Fig. 2 zeigt beispielhaft das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Berechnung eines Volumenmodells aus einem oder mehreren einfachen Röntgenbildern oder anderen Messdatensätzen.2 shows, by way of example, the block diagram of a device for calculating a volume model from one or more simple X-ray images or other measurement data sets.
Über einen Eingabeport 21 wird ein parametrisiertes statistisches Volumenmodell in Form der Vektoren P1 (i=0..n) und der dazugehörigen Varianzen V1 (i=1..n) sowie die Messdaten M, z.B. in Form eines einfachenVia an input port 21 is a parameterized statistical volume model in the form of the vectors P 1 (i = 0..n) and the associated variances V 1 (i = 1..n) and the measured data M, for example in the form of a simple
Röntgenbildes in eine Speichereinheit 22 für Volumenmodell und Messdaten geladen. Für die folgende Beschreibung wird angenommen, dass die Messdaten M ein einfaches Röntgenbild darstellen. Die Vektoren P1 werden an eine Verarbeitungseinheit 23 zur Generierung eines Voxelmodells für bestimmte Parameter α, weitergegeben. Diese Verarbeitungseinheit wird von einer Verarbeitungseinheit 24 zur Optimierung der Parameter at und der Darstellungsparameter mit Parametern versorgt.X-ray image loaded into a storage unit 22 for volume model and measurement data. For the following description, it is assumed that the measurement data M represents a simple X-ray image. The vectors P 1 are forwarded to a processing unit 23 for generating a voxel model for certain parameters α. This processing unit is supplied with parameters by a processing unit 24 for optimizing the parameters a t and the presentation parameters.
Aus diesen und den Vektoren P1 berechnet sie ein Voxelmodell, das an eine Verarbeitungseinheit 25 zur Generierung virtueller Messdaten M ' aus einem Voxelmodell weitergegeben wird. In dieser Verarbeitungseinheit, die z.B. aus einem gebräuchlichen Voxelvisualisierungsgerät bestehen kann, und die die Darstellungsparameter auch von der Verarbeitungseinheit 24 zur Optimierung der Parameter α, und der Darstellungsparameter erhält, wird ein virtueller Messdatensatz M ' , z.B. ein virtuelles Röntgenbild, erzeugt und an eine Verarbeitungseinheit 26 zur Berechnung eines Ähnlichkeitsmaßes zwischen Messdaten M und virtuellen Messdaten M' weitergegeben. In dieser Verarbeitungseinheit wird das virtuelle Röntgenbild mit dem aufgenommenen zu analysierenden Röntgenbild aus der Speichereinheit 22 verglichen. Dieses Vergleichsmaß wird an die Verarbeitungseinheit 24 zur Optimierung der Parameter und der Darstellungsparameter weitergegeben, wo entsprechend einem Optimierungsalgorithmus in iterativer Weise, beginnend mit einem initialen Parametersatz so lang neue Parameter at und neue Darstellungsparameter erzeugt werden, bis das Vergleichsmaß einen Extremwert erreicht, der anzeigt, dass maximal mögliche Übereinstimmung zwischen real aufgenommenem und virtuell erzeugtem Messdatensatz erreicht wurde. Dieser Algorithmus kann auch auf die in der Speichereinheit 22 für Volumenmodell und Messdaten gespeicherten Varianzen zurückgreifen. Die initialen Parameter α, sind entweder fest eingestellte Standardwerte (z.B. 0) oder können alternativ über einen Eingabeport 27 eingegeben werden. Die initalen Darstellungsparameter sollen den Aufnahmeparametern der Messdaten entsprechen und werden ebenfalls über den Eingabeport 27 eingegeben. Mit mehreren Sätzen von Darstellungsparametern kann die Vorrichtung auch dazu benutzt werden, mehrere Röntgenbilder eines Objektes simultan zu analysieren.From these and the vectors P 1 , it calculates a voxel model that is sent to a processing unit 25 for generating virtual measurement data M '. is passed from a voxel model. In this processing unit, which can consist of a conventional voxel visualization device, for example, and which also receives the display parameters from the processing unit 24 for optimizing the parameters α and the display parameters, a virtual measurement data record M ', for example a virtual X-ray image, is generated and sent to a processing unit 26 for the calculation of a similarity measure between measured data M and virtual measurement data M 'passed. In this processing unit, the virtual X-ray image is compared with the recorded X-ray image to be analyzed from the storage unit 22. This comparison measure is passed on to the processing unit 24 for optimizing the parameters and the presentation parameters, where according to an optimization algorithm iteratively, starting with an initial parameter set, new parameters a t and new presentation parameters are generated until the comparison measure reaches an extreme value indicating in that the maximum possible match between real recorded and virtually generated measured data set was achieved. This algorithm may also rely on the variances stored in the volume model and measurement data storage unit 22. The initial parameters α, are either fixed default values (eg 0) or alternatively can be entered via an input port 27. The inital representation parameters should correspond to the acquisition parameters of the measurement data and are likewise input via the input port 27. With multiple sets of presentation parameters, the device can also be used to simultaneously analyze multiple X-ray images of an object.
Ist die Iteration zum Abschluss gekommen, so steht an einem Ausgabeport 28 das aus den optimierten Parametern berechnete Voxelmodell zur Verfügung, das mit Standard-Visualisierungsverfahren für Voxelmo- delle visualisiert werden kann. Es bietet sich an, für diese Visualisierung eine Vorrichtung zu nutzen, die der Verarbeitungseinheit 25 zur Generierung virtueller Messdaten M ' aus einem Voxelmodell entspricht. An einem Ausgabeport 29 stehen die optimierten Modellparameter zur Verfügung, die das berechnete optimierte Modell sehr kompakt repräsentieren, und auch dazu verwendet werden können, die Plausibilität des berechneten Modells mit Hilfe der durch das statistische Modell gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung zu bestimmen.Once the iteration has come to an end, the voxel model calculated from the optimized parameters is available at an output port 28, which can be visualized using standard visualization methods for voxel models. It makes sense to use a device for this visualization, which corresponds to the processing unit 25 for generating virtual measurement data M 'from a voxel model. At an output port 29 are the optimized model parameters that represent the calculated optimized model very compact, and can also be used to determine the plausibility of the calculated model using the probability distribution given by the statistical model.
Vorrichtung zur Analyse der Modellparameter eines parametrisierten statistischen Volumenmodells mit orthogonalen Basisfunktionen aus einem gemessenen vollständigen DatensatzDevice for analyzing the model parameters of a parameterized statistical volume model with orthogonal basis functions from a measured complete data set
Fig. 3 zeigt beispielhaft das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Analyse der Modellparameter eines parametrisierten statistischen Volumenmodells mit orthogonalen Basisvektoren aus einem gemessenen vollständigen Datensatz.3 shows, by way of example, the block diagram of a device for analyzing the model parameters of a parameterized statistical volume model with orthogonal basis vectors from a measured complete data set.
Über einen Eingabeport 31 wird ein parametrisiertes statistisches Volumenmodell in Form der orthogonalen normierten Vektoren P1 (i=0..n), sowie der gemessene vollständige Volumendatensatz K in eine Speichereinheit 32 für Volumenmodell und Messdaten geladen. Der gemessene vollständige Volumendatensatz K wird anschließend in einer Verarbeitungseinheit 33 zur Registrierung von K mit dem durch den Durchschnittsvektor P0 des parametrisierten statistischen Modells dargestellten Volumendatensatz registriert. Nach dieser Registrierung wird wie bei der Generierung des parametrisierten statistischen Modells aus den Korrespondenzen und den Intensitäten von K ein Vektor berechnet, der den zu analysierenden gemessenen vollständigen Volumendatensatz repräsentiert. Dieser Vektor wird anschließend durch Subtraktion von P0 in das Koordinatensystem des parametrisierten statistischen Modells transformiert. Der so berechnete transformierte Messdatenvektor V A„ wird an eine Verarbeitungseinheit 34 zur Berechnung der Modellparameter α, weitergeleitet, wo die Parameter α, durch Projektion auf die or- thonormalen Basisvektoren P1 des parametrisierten statistischen Volumenmodells berechnet werden. Die so berechneten Parameter at werden anschließend über einen Ausgabeport 35 ausgegeben.Via an input port 31, a parametric statistical volume model in the form of the orthogonal normalized vectors P 1 (i = 0..n) and the measured complete volume data set K are loaded into a volume model and measurement data storage unit 32. The measured complete volume data set K is then registered in a processing unit 33 for registering K with the volume data set represented by the mean vector P 0 of the parameterized statistical model. After this registration, as with the generation of the parameterized statistical model, a vector is calculated from the correspondences and the intensities of K that represents the measured complete volume data set to be analyzed. This vector is then transformed by subtracting P 0 into the coordinate system of the parameterized statistical model. The transformed measured data vector VA "thus calculated is forwarded to a processing unit 34 for the calculation of the model parameters α, where the parameters α, by projecting onto the or- normal basis vectors P 1 of the parameterized statistical volume model. The thus calculated parameters a t are then output via an output port 35.
Zusammenfassen dient das beschriebene Verfahren zur Verarbeitung von Daten eines Objektes, die mit bildgebenden Verfahren wie z.B. MR- Tomographie, CT, oder einfachen Röntgenaufnahmen gewonnen wurden, durch Erstellung eines parametrisierten statistischen Volumenmodells aus Beispiel-Volumendatensätzen bzw. Beispiel-Voxeldatensätzen und Anpassen der Modellparameter an die gewonnenen Daten. Die Erstellung des parametrisierten statistischen Volumenmodells aus Beispiel-Voxeldatensätzen erfolgt dabei durch manuelle oder automatische Registrierung der Volumen- bzw. Voxeldatensätze, Speicherung der Korrespondenzen als hochdimensionale Vektoren und anschließender Parameterreduktion. Die Beispiel-Voxeldatensätze können semantische Zusatzinformationen, wie sie z.B. durch manuelle Segmentierung erzeugt werden, enthalten. Die Anpassung der Modellparameter an die durch bildgebende Verfahren gewonnenen zu verarbeitenden Daten erfolgt durch Anwendung von Analysis-by-Synthesis-Verfahren. Ergebnis ist ein mit Standardverfahren visualisierbares Volumenmodell des aufgenommenen Objekts auf Basis der Beispieldatensätze. Anwendungen sind z.B. die Erzeugung eines dreidimensionalen Volumenmodells aus einer einzigen oder wenigen einzelnen Röntgenaufnahmen, oder auch die automatische Detektion von außergewöhnlichen Strukturen durch Vergleich der aus dem statistischen Modell berechneten Daten mit den aufgenommenen Volumendaten.To summarize, the described method is for processing data of an object that has been processed by imaging techniques such as imaging. MR tomography, CT, or simple X-ray images were obtained by creating a parameterized statistical volume model from sample volume data sets or sample voxel data sets and fitting the model parameters to the data obtained. The creation of the parameterized statistical volume model from example voxel data sets is carried out by manual or automatic registration of the volume or voxel data records, storage of the correspondences as high-dimensional vectors and subsequent parameter reduction. The example voxel data sets may contain additional semantic information such as e.g. generated by manual segmentation. The adaptation of the model parameters to the data to be processed obtained by means of imaging methods is carried out by using analysis-by-synthesis method. The result is a volume model of the recorded object which can be visualized using standard methods on the basis of the example data records. Applications are e.g. the generation of a three-dimensional volume model from a single or a few individual X-ray images, or the automatic detection of unusual structures by comparing the data calculated from the statistical model with the recorded volume data.
Weiterentwicklungendevelopments
Eine Weiterentwicklung der beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen in verschiedenen Hinsichten ist möglich. So können z.B. für die Bestimmung initialer Parametersätze bei der Analyse von Daten ähnlich wie in [6], Machine-Learning-Verfahren eingesetzt werden. ReferenzenA further development of the described methods and devices in various respects is possible. For example, for the determination of initial parameter sets in the analysis of data similar to [6], machine-learning methods can be used. references
[1] T. F. Cootes, GJ. Edwards, and CJ. Taylor. Active appearance modeis. In Burkhardt and Neumann, editors, Computer Vision - ECCV'98Vol. II, Freiburg, Germany, 1998. Springer, Lecture Notes in Computer Science 1407.[1] T.F. Cootes, GJ. Edwards, and CJ. Taylor. Active appearance mode. In Burkhardt and Neumann, editors, Computer Vision - ECCV'98Vol. II, Freiburg, Germany, 1998. Springer, Lecture Notes in Computer Science 1407.
[2] V. Blanz, T. Vetter. Method and device for the processing of images based on morphable modeis, EP1039417.[2] V. Blanz, T. Vetter. Method and device for the processing of images based on morphable modeis, EP1039417.
[3] D. L. Collins, P. Neelin, T. M. Peters, and A. C. Evans, "Automatic 3D intersubject registration of MR Volumetrie data in standardized Talairach space," Journal of Computer Assisted Tomography, Vol. 18, pages 192-205.[3] D.L. Collins, P. Neelin, T.M. Peters, and A.C. Evans, "Automatic 3D intersubject registration of MR Volumetry data in standardized Talairach space," Journal of Computer Assisted Tomography, Vol. 18, pages 192-205.
[4] J. Modersitzki. Numerical Methods for Image Registration. Numeri- cal Mathematicsand Scientific Computation. Oxford University Press (2004).[4] J. Modersitzki. Numerical Methods for Image Registration. Numerical Mathematics and Scientific Computation. Oxford University Press (2004).
[5] James C. Spall. Introduction to Stochastic Search and Optimization, ISBN: 0471330523,Wiley-lnterscience, 2003.[5] James C. Spall. Introduction to Stochastic Search and Optimization, ISBN: 0471330523, Wiley lntercience, 2003.
[6] A. Schilling. Introduction to Analysis by Synthesis Methods, in: H.Bülthoff, H. Mallot, R. Ulrich, F. Wichmann (Hrg.), Proceedings of TWK05: 8th Tübingen Perception Conference, Feb. 2005, Symposium 1 Symposium 1 : Analysis by Synthesis Methods in Computer Vision and Perception, 2005.[6] A. Schilling. Tübingen Perception Conference, Feb. 2005, Symposium 1 Symposium 1: Analysis by Synthesis Methods in Computer Vision and Perception, 2005.
[7] Cris Curio. Analysis by Synthesis for Human Pose Tracking: Merg- ing View-Based and Model-Based Approaches, in: H.Bülthoff, H. Mallot, R. Ulrich, F. Wichmann (Hrg.), Proceedings of TWK05: 8th Tübingen Perception Conference, Feb. 2005, Symposium 1 Symposium 1 : Analysis by Synthesis Methods in Computer Vision and Perception, 2005. [7] Cris Curio. Analysis by Synthesis for Human Pose Tracking: Merging View-Based and Model-Based Approaches, in: H.Bülthoff, H. Mallot, R. Ulrich, F. Wichmann (ed.), Proceedings of TWK05: 8th Tuebingen Perception Conference , Feb. 2005, Symposium 1 Symposium 1: Analysis by Synthesis Methods in Computer Vision and Perception, 2005.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Visualisieren und/oder Auswerten von Messdaten aus bildgebenden Verfahren, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Berechnen eines parametrisierten statistischen Modells aus Beispiel-Voxeldatensätzen, die unterschiedliche Objekte einer identischen Objektklasse abbilden, b) Durchführen mindestens eines bildgebenden Verfahrens an einem zu untersuchenden Objekt der Objektklasse zum Gewinnen von realen Messdaten, c) Einstellen eines Satzes von Modellparametern des parametrisierten statistischen Modells, d) Bestimmen einer Abweichung zwischen den realen Messdaten und dem parametrisierten statistischen Modell, e) Wiederholen der Schritte c) und d) unter Veränderung der Modellparameter, bis die Abweichung zwischen den realen Messdaten und dem parametrisierten statistischen Modell minimal ist, und f) Visualisieren und/oder Auswerten des derart parametrisierten statistischen Modells.1. A method for visualizing and / or evaluating measurement data from imaging methods, characterized by the steps of: a) calculating a parameterized statistical model from example voxel data sets that represent different objects of an identical object class, b) performing at least one imaging method on a c) setting a set of model parameters of the parameterized statistical model, d) determining a deviation between the real measurement data and the parameterized statistical model, e) repeating steps c) and d) while changing the object class Model parameters until the deviation between the real measured data and the parameterized statistical model is minimal, and f) visualizing and / or evaluating the thus parameterized statistical model.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Schritte: d ) Berechnen von virtuellen Messdaten aus dem parametrisierten statistischen Modell, und d1 ) Bestimmen der Abweichung zwischen den realen Messdaten und dem parametrisierten statistischen Modell durch Bestimmen einer Abweichung zwischen den realen Messdaten und den virtuellen Messdaten.2. The method according to claim 1, characterized by the steps of: d) calculating virtual measurement data from the parameterized statistical model, and d1) determining the deviation between the real measurement data and the parameterized statistical model by determining a deviation between the real measurement data and the virtual one measurement data.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beispiel-Voxeldatensätze aus CT- und/oder MR-Voxeldaten gewonnen werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the sample voxel data sets are obtained from CT and / or MR voxel data.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Messdaten anhand einer oder mehrerer Röntgenaufnahmen gewonnen werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the real measurement data are obtained on the basis of one or more X-ray images.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Messdaten aus noch nicht rückprojizier- ten Daten einer oder mehrerer CT- und/oder MR-Aufnahmen gewonnen werden.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the real measurement data from not yet backprojizier- th data of one or more CT and / or MR images are obtained.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Messdaten aus Voxeldaten gewonnen werden.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the real measurement data is obtained from voxel data.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem parametrisierten statistischen Modell ein Referenzdatensatz berechnet wird, die Messdaten mit dem Referenzdatensatz registriert werden und diejenigen Modellparameter berechnet werden, die das am besten mit den Messdaten übereinstimmende Modell repräsentieren.7. Method according to claim 6, characterized in that a reference data set is calculated from the parameterized statistical model, the measured data are registered with the reference data record, and those model parameters are calculated which represent the model which best matches the measured data.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das parametrisierte statistische Modell aus einer Linearkombination von Beispielvektoren gewonnen wird, wobei ein jeweiliger Beispielvektor einem jeweils zugehörigen Bei- spiel-Voxeldatenatz zugeordnet ist und Komponenten des jeweiligen Beispielvektors Position und Intensität von Volumenelementen des zugehörigen Beispiel-Voxeldatenatzes beschreiben.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the parameterized statistical model is obtained from a linear combination of example vectors, wherein a respective example vector is assigned to a respectively associated example voxel data set and components of the respective example vector position and intensity of volume elements of the describe the corresponding sample voxel data set.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Beispielvektoren aufgespannter Vektorraum repara- metrisiert wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that a vector space spanned by the example vectors is repaired.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des parametrisierten statistischen Modells im Schritt f) eine Detektion von Anomalien in den realen Messdaten umfasst. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the evaluation of the parameterized statistical model in step f) comprises a detection of anomalies in the real measurement data.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009108543A2 (en) * 2008-02-26 2009-09-03 3M Innovative Properties Company Multi-photon exposure system
EP2216752A1 (en) 2009-02-09 2010-08-11 EADS Deutschland GmbH Method of visualizing geometric uncertainties
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FI127555B (en) * 2017-04-05 2018-08-31 Oy Mapvision Ltd Machine vision system with coordinate correction
US10552977B1 (en) 2017-04-18 2020-02-04 Twitter, Inc. Fast face-morphing using neural networks

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6496713B2 (en) * 1996-06-25 2002-12-17 Mednovus, Inc. Ferromagnetic foreign body detection with background canceling
US6272370B1 (en) * 1998-08-07 2001-08-07 The Regents Of University Of Minnesota MR-visible medical device for neurological interventions using nonlinear magnetic stereotaxis and a method imaging
US20060008143A1 (en) * 2002-10-16 2006-01-12 Roel Truyen Hierachical image segmentation
US7103399B2 (en) * 2003-09-08 2006-09-05 Vanderbilt University Apparatus and methods of cortical surface registration and deformation tracking for patient-to-image alignment in relation to image-guided surgery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006108633A1 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112114533A (en) * 2020-08-26 2020-12-22 深圳奇迹智慧网络有限公司 Internet of things data processing method and device, computer equipment and storage medium
CN112114533B (en) * 2020-08-26 2024-05-03 深圳奇迹智慧网络有限公司 Internet of things data processing method and device, computer equipment and storage medium

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